Led的引线框用铜合金板条的制作方法
【专利摘要】本发明提供一种引线框用铜合金板条，其目的在于提高Cu-Fe系铜合金板条构成的引线框的导电率和导热率，改善LED封装体的放热性。提高在引线框的表面形成的镀Ag反射膜的反射率，实现LED封装体的高亮度化。在Cu-Fe系铜合金板条中，轧制垂直方向的表面粗糙度为Ra：0.2μm以下，RzJIS：1.2μm以下，Rz：1.5μm以下，轧制平行方向的平均长度为2～100μm，轧制垂直方向的平均长度为1～30μm，沿着轧制平行方向在表面密集地形成有最大深度为400nm以下的凹坑。Ra为算数平均粗糙度，RzJIS为十点平均粗糙度，Rz为最大高度粗糙度。Cu-Fe系铜合金板条包含Fe：1.8～2.6质量％、P：0.005～0.20质量％、Zn：0.01～0.50质量％，或者包含Fe：0.01～0.5质量％、P：0.01～0.20质量％、Zn：0.01～1.0质量％、Sn：0.01～0.15质量％，余量实质性上由Cu和不可避免的杂质构成。
【专利说明】LED的引线框用铜合金板条
【技术领域】
[0001]本发明涉及例如作为LED的引线框使用的铜合金板条(板和条)。
【背景技术】
[0002]近年来，以发光二极管(LED =Light Emitting D1de)作为光源的发光装置由于节能且长寿命，在广泛的领域内得以普及。LED元件被固定于热传导性和导电性优异的铜合金引线框，被组装到封装体中。为了有效地取出从LED元件发出的光，而在铜合金引线框的表面形成作为反射膜的镀Ag被膜。作为LED用引线框的铜合金，多使用强度:450N / mm2、导电率:70% IACS左右的C194 (参照专利文献1、2)。
[0003]为了使LED封装体高亮度化，有使LED元件自身高亮度化的方法和使镀Ag高品质化(高反射率化)的方法。但是，LED元件的高亮度化接近极限，只要略微的高亮度化，元件成本就大幅度提高。因此,近年来对镀Ag的高反射率化的要求变强烈。
[0004]另一方面，镀Ag大大受到铜合金原材料的表面状态的影响,容易产生凸起、未镀、条纹等，阻碍镀Ag的反射特性的缺陷。特别是，多用作LED用铜合金引线框的C194在原材料中包含着Fe、Fe-P或Fe-P-O粒子，露出于表面的这些粒子使上述镀Ag缺陷产生，这使镀Ag的反射率降低。
[0005]另外，主要用作照明用途的高亮度LED的发热量出乎意料的大，该热量使LED元件自身和周围的树脂劣化，有可能损害作为LED的特长的长寿命，因此LED元件的放热措施被视为很重要。作为该放热措施之一，要求比上述的C194更高的导电率(导热率)的LED引线框。
[0006]现有技术文献
[0007]专利文献
[0008]专利文献1:日本特开2011-252215号公报
[0009]专利文献2:日本特开2012-89638号公报(段落0058)
【发明内容】
[0010]本发明目的在于提高在由C194系(Cu-Fe系铜合金)板条构成的引线框的表面形成的镀Ag反射膜的反射率，实现LED封装体的高亮度化。进一步的目的在于作为LED封装体的放热措施的一个环节，采用具有比C194高的导电率的Cu-Fe-P系铜合金作为引线框的原材料，提高在表面形成的镀Ag反射膜的反射率，实现LED封装体的高亮度化。
[0011]本发明涉及调整表面形态而使镀Ag反射膜的反射率提高了的LED的引线框用Cu-Fe系铜合金板条(板和条)，其特征在于，轧制垂直方向的表面粗糙度为Ra:0.2μπι以下,Rzjis:1.2 μ m以下,Rz:1.5 μ m以下,轧制平行方向的平均长度为2~100 μ m,轧制垂直方向的平均长度为I~30 μ m,沿着轧制平行方向在表面密集地形成有最大深度为400nm以下的凹坑。还有，Ra为算数平均粗糙度，Rzjis为十点平均粗糙度，Rz为最大高度粗糙度。
[0012]上述C194系铜合金(Cu-Fe系铜合金)包含Fe:L 8~2.6质量％、P:0.005~0.20质量％、Zn:0.01~0.50质量％，余量由Cu和不可避免的杂质构成。另外,根据需要，还包含合计为0.3质量％以下的Sn、Co、Al、Cr、Mg、Mn、Ca、Pb、N1、T1、Zr中的I种或2种以上。
[0013]或者，上述Cu-Fe-P系铜合金包含Fe:0.01~0.5质量％、P:0.01~0.20质量％、Zn:0.01~1.0质量％、Sn:0.01~0.15质量％，余量由Cu和不可避免的杂质构成。另外，根据需要，还包含合计为0.3质量％以下的Co、Al、Cr、Mg、Mn、Ca、Pb、N1、T1、Zr、S1、Ag中的I种或2种以上。
[0014]在上述Cu-Fe-P系铜合金的板条中，优选露出于表面的Fe、Fe-P或Fe-P-O粒子的粒径为5μπι以下，并且具有I μL?以上的粒径的粒子为3000个/ mm2以下。还有，粒子的大小是指该粒子的外接圆的直径。
[0015]根据本发明，具有高导电率(导热率)的引线框成为放热路径，可以提高LED封装体的放热性。另外，提高在由Cu-Fe-P系铜合金板条构成的引线框的表面形成的镀Ag反射膜的反射率，可以实现LED封装体的高亮度化。
【专利附图】
【附图说明】
[0016]图1是表示本发明涉及的铜合金板条的表面形态的示意图。
[0017]图2是本发明涉及的铜合金板条的轧制平行方向的AFM轮廓的一例。
[0018]图3是本发明涉及的铜合金板条的轧制垂直方向的AFM轮廓的一例。
[0019]图4是本发明涉及的铜合金板条的轧制平行方向的AFM轮廓的一例。
[0020]图5是本发明涉及的铜合金板条的轧制垂直方向的AFM轮廓的一例。
【具体实施方式】
[0021]接着，参照图1~5，对本发明进行更具体地说明。
[0022](铜合金板条的表面形态)
[0023]欲提高作为反射膜的镀Ag膜的反射特性，则受到作为基材的铜合金板状的表面形态的影响。首先，沿着铜合金板条的轧制平行方向，通过在其表面整面密集地形成无数的细小凹坑，而将从元件发出的光均匀地分散反射，使提高反射率成为可能。
[0024]此时的铜合金板条的轧制垂直方向的表面粗糙度要求算数平均粗糙度Ra为0.2μπι以下，十点平均粗糙度Rzjis为1.2μπι以下，最大高度粗糙度Rz为1.5μπι以下。如果Ra超过0.2 μ m,则基于镀Ag膜的光反射的方向性消失，并且光的均匀散射是不充分的，无法提高反射率。另外，Rzjis超过1.2 μ m或Rz超过1.5 μ m时，同样不能得到充分的反射率。
[0025]在铜合金板条的表面密集地存在的凹坑要求轧制平行方向的平均长度为2~100 μ m,轧制垂直方向的平均长度为I~30 μ m,沿着轧制平行方向的最大深度为400nm以下。如图1的示意图所示，该凹坑I在铜合金板条的表面密集地存在，后述的AFM轮廓的峰成为其边界。
[0026]轧制平行方向的平均长度小于2μπι或超过100 μ m时，基于镀Ag膜的光的均匀散射不充分，不能得到高的反射率。凹坑的轧制平行方向的平均长度优选8~50μπι，更优选10~30 μ m。另外，凹坑的轧制垂直方向的平均长度小于I μ m或超过30 μ m时，基于镀Ag膜的光的均匀散射不充分，无法得到高的反射率。凹坑的轧制垂直方向的平均长度优选3~15μηι,更优选4~10 μ m,在轧制平行方向测定的凹坑的深度超过400nm时,基于镀Ag膜的光的均匀散射不充分，无法得到高的反射率。凹坑的深度优选50~200nm，更优选70~150nmo
[0027]露出于C194系(Cu-Fe系)铜合金的最外表面的粒子由Fe、Fe-P或Fe-P-O构成，该露出部分的粒径(外接圆的直径)超过5 μ m时，或露出部分的粒径为I μ m以上的粒子超过3000个/ mm2存在时，发生凸起或未镀等镀Ag缺陷，成为镀Ag被膜的反射特性劣化的原因。
[0028]本发明涉及的Cu-Fe-P系铜合金，在板条的最外表面露出Fe、Fe-P或Fe-P-O等粒子。这些粒子的露出部分的粒径(外接圆的直径)超过5μπι时或露出部分的粒径为Ιμπι以上的粒子超过2000个/ mm2而存在时，出现了发生凸起或未镀等的镀Ag缺陷的可能性。因此，在本发明涉及的铜合金板条中，希望露出于最外表面的Fe、Fe-P或Fe-P-O等粒子的露出部分的粒径为5 μ m以下，并且露出部分的粒径为I μ m以上的粒子为2000个/ mm2以下。
[0029](C194 系(Cu-Fe 系)铜合金)
[0030]本发明涉及的C194系(Cu-Fe系)铜合金包含Fe:1.8~2.6质量％1:0.005~
0.20质量％、Zn:0.01~0.50质量％，余量由Cu和不可避免的杂质构成，根据需要，还包含合计为0.3质量％以下的Sn、Co、Al、Cr、Mg、Mn、Ca、Pb、N1、T1、Zr中的I种或2种以上。
[0031]在上述C194系(Cu-Fe系)铜合金中，Fe和P形成化合物，具有提高强度和导电率特性的作用。但是，如果含有超过2.6质量％，则熔解时不能全部固溶的Fe作为结晶产物残留，该结晶产物为大的粒子且粒径也达到数1ym以上，其露出于铜合金板条的表面，成为镀Ag缺陷的原因。另外，如果小于1.8质量％，则不能得到作为LED用引线框的强度。另一方面，如果P含有超过0.2质量％，则会使作为LED用引线框的导热性和导电性劣化，如果小于0.005质量％，则不能得到作为LED用框架的强度。
[0032]在上述C194系(Cu-Fe系)铜合金中，Zn具有提高焊料的耐热剥离性的作用，具有维持将LED封装体组装到基盘时的焊料接合可靠性的作用。如果该Zn小于0.01质量％，则对满足焊料的耐热剥离性是不充分的，如果含有超过0.50质量％，则导热性和导电性劣化。
[0033]在上述C194 系(Cu-Fe 系)铜合金中，Sn、Co、Al、Cr、Mg、Mn、Ca、Pb、N1、T1、Zr 使铜合金的强度、耐热性提高，进而也具有提高制造时的热轧性的作用。对于向铜合金添加这些元素得到上述作用时，希望含有合计为0.02质量％以上。但是，这些成分如果含有超过合计为0.3质量％，会造成导热性和导电率劣化。
[0034](Cu-Fe-P 系铜合金)
[0035]本发明涉及的Cu-Fe-P系铜合金包含Fe:0.01~0.5质量％、P:0.01~0.20质量％、211:0.01~1.0质量％、511:0.01~0.15质量％，余量由Cu和不可避免的杂质构成，根据需要，还包含合计为0.3质量％以下的Co、Al、Cr、Mg、Mn、Ca、Pb、N1、T1、Zr、S1、Ag中的I种或2种以上。
[0036] 在上述Cu-Fe-P系铜合金中，Fe和P形成化合物，具有提高强度和导电率特性的作用。但是，如果含有超过0.5质量％，则引起铜合金的导电率和导热率的降低。另外，如果小于0.01质量％，则不能得到作为LED用引线框的强度。另一方面，如果P含有超过0.2质量％，则使铜合金的导电率和导热率劣化，如果小于0.01质量％，则不能得到作为LED用引线框需要的强度。
[0037]在上述Cu-Fe-P系铜合金中，Zn具有提高焊料的耐热剥离性的作用，具有维持将LED封装体组装到基盘时的焊料接合可靠性的作用。如果该Zn小于0.01质量％，则对满足焊料的耐热剥离性是不充分的，如果含有超过1.0质量％，则铜合金的导热性和导电性劣化。
[0038]Sn有助于提高铜合金的强度，如果小于0.01质量％，则不能得到充分的强度。另外，如果Sn含有超过0.15质量％，则会造成铜合金的导电率和导热率劣化。
[0039]在上述Cu-Fe-P 系铜合金中，Co、Al、Cr、Mg、Mn、Ca、Pb、N1、T1、Zr、S1、Ag 使铜合金的强度、耐热性提高，进而也具有提高制造时的热轧性的作用。向铜合金添加这些元素得到上述作用时，希望含有合计为0.02质量％以上。但是，如果这些成分含有超过合计为0.3质量％，则会造成导热性和导电率劣化。
[0040](铜合金板条的制造方法)
[0041]关于C194铜合金板条和Cu-Fe-P系铜合金板条，通常是将铸锭端面切削后进行热轧，热轧后急冷或熔体化处理，继而进行冷轧和析出退火，然后进行最终冷轧而制造。可根据需要重复进行冷轧和析出退火，根据需要在最终冷轧后进行低温退火。本发明涉及的铜合金板条的情况也不需要较大地改变该制造工序本身。另一方面，粗大的Fe、Fe-P或Fe-P-O粒子主要是熔解铸造时和热轧时形成，因此必须选择适当的熔解铸造和热轧的条件。具体如下。
[0042]在熔解铸造中，1200°C以上的铜合金熔液中添加Fe后熔解，之后也将熔液温度保持在1200°C以上进行铸造。铸锭的冷却在凝固时(固液共存时)和凝固后均按1°C /秒以上的冷却速度进行。因此，连续铸造或半连续铸造时，使铸模内的一次冷却，铸模之后的二次冷却必须充分起效。在热轧中，将均质化处理在900°C以上，希望在950°C以上进行，在该温度下开始热轧，热轧结束温度为650°C以上，希望为700°C以上，热轧结束后立刻用大量的水急冷至300°C以下。
[0043]本发明涉及的铜合金板条的表面形态(表面粗糙度、凹部)是在最终冷轧中，通过将轧制辊的表面形状转印到铜合金板条而形成。换言之，需要在轧制辊的表面具有与上述表面形态对应的微细的暗纹图案。作为该轧制辊使用塞隆(SiAlON)等的氮化硅系的辊。使该辊旋转以及沿轴方向平行移动的同时，在其表面使金刚石磨粒的超磨粒砂轮沿同方向旋转并施加力(接触面的移动方向相反)，磨削辊的表面而形成暗纹图案。通过改变金刚石磨粒的粒度和分布密度、超磨粒砂轮的施加力、辊的旋转速度和移动速度，由此可以在辊的表面形成粗糙度(长度、宽度、高度)不同的微细的凹凸，即形成暗纹图案。
[0044] 在最终冷轧中，采用辊径为20~10mm左右的辊，按单个道次或多个道次的通板的合计计进行20~70%的冷加工。进行多个道次的通板的情况下，希望将第I道次的塞隆辊的暗纹设定为比第2道次之后的辊的暗纹粗，将第2道次之后的轧制速度设定为比第I道次的轧制速度慢。轧制速度慢的一方，辊的暗纹被更好地转印到铜合金板条的表面，辊径小的一方可以进行稳定的转印。另外，氮化硅系的辊材质坚固不易变形，因此认为可良好地将辊的暗纹图案转印到铜合金板条的表面。目前只有采用以超磨粒砂轮磨削了表面的氮化硅系的辊实施最终冷乳，才能由此能得到具有本发明规定的表面形态(特别是密集地形成的凹部)的铜合金板条。
[0045]实施例
[0046]将表1~4中所示成分的铜合金用小型电炉在大气中在木炭皮膜下熔炼，铸造了厚度50mm、宽度80mm、长度180mm的铸锭。对所制作的上述铸锭的正面和背面进行端面切削各5mm后，在95(TC下进行均质化处理后热乳，制成厚度12mmt的板材，从70(TC以上的温度进行急冷。将该板材的正面和背面分别进行端面切削约1mm。对这些板材反复进行冷乳和500~550°C X2~5小时的析出退火后，釆用在表面形成暗纹图案的直径50mm的塞隆辊(仅N0.33，130为无暗纹图案的普通的高速钢辊)，以40%的加工率进行最终冷乳，制作厚度0.2mm的铜合金条作为试验材料。
[0047]【表1】
[0048]
【权利要求】
1.一种引线框用铜合金板条，其是LED的引线框用铜合金板条，其中，轧制垂直方向的表面粗糙度为Ra:0.2μπι以下，Rzjis:1.2μπι以下，Rz:1.5 μ m以下，轧制平行方向的平均长度为2~100 μ m,轧制垂直方向的平均长度I~30 μ m,沿着轧制平行方向在表面密集地形成有最大深度为400nm以下的凹坑。
2.根据权利要求1所述的引线框用铜合金板条，其包含Fe:1.8~2.6质量％、P:0.005~0.20质量％、Zn:0.01~0.50质量％，余量由Cu和不可避免的杂质构成。
3.根据权利要求2所述的引线框用铜合金板条，还包含合计为0.02~0.3质量％的Sn、Co、Al、Cr、Mg、Mn、Ca、Pb、N1、T1、Zr 中的 I 种或 2 种以上。
4.根据权利要求1~3中任一项所述的引线框用铜合金板条，其特征在于，露出于表面的Fe、Fe-P或Fe-P-O粒子的粒径为5 μ m以下，并且具有I μ m以上的粒径的粒子为3000个/ mm2以下。
5.根据权利要求1所述的引线框用铜合金板条,其包含Fe:0.01~0.5质量％、P:0.01~0.20质量％、Zn:0.01~1.0质量％、Sn:0.01~0.15质量％，余量由Cu和不可避免的杂质构成。
6.根据权利要求5所述的引线框用铜合金板条，还包含合计为0.02~0.3质量％的Co、Al、Cr、Mg、Mn 、Ca、Pb、N1、T1、Zr、S1、Ag 中的 I 种或 2 种以上。
【文档编号】C22C9/00GK104073677SQ201410015636
【公开日】2014年10月1日 申请日期:2014年1月14日 优先权日:2013年3月27日
【发明者】三轮洋介, 真砂靖, 西村昌泰, 松下秀辉 申请人:株式会社神户制钢所